Recursos Hídricos e Tratamento de Águas na Mineração

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2 Ana Paula Almeida de Oliveira e Adão Benvindo da Luz PRESIDENTE DA REPÚBLICA: Fernando Henrique Cardoso VICE-PRESIDENTE DA REPÚBLICA: Marco Antônio Maciel MINISTRO DA CIÊNCIA E TECNOLOGIA: Ronaldo Mota Sardenberg SECRETÁRIO EXECUTIVO: Carlos Américo Pacheco SECRETÁRIO DE COORDENAÇÃO DAS UNIDADES DE PESQUISA: João Evangelista Steiner CETEM - CENTRO DE TECNOLOGIA MINERAL DIRETOR: Fernando A. Freitas Lins COORD. DE PROJETOS ESPECIAIS (CPE): Juliano Peres Barbosa COORD. DE TRATAMENTO DE MINÉRIOS (CTM): Adão Benvindo da Luz COORD. DE METALURGIA EXTRATIVA (CME): Ronaldo Luiz C. dos Santos COORD. DE QUÍMICA ANALÍTICA (CQA): Maria Alice C. de Góes COORD. DE ESTUDOS E DESENVOLVIMENTO (CES): Carlos César Peiter COORD. DE ADMINISTRAÇÃO (CAD): Cosme Antônio Moraes Regly

3 ISSN Recursos Hídricos e Tratamento de Águas na Mineração ANA PAULA ALMEIDA DE OLIVEIRA Eng a. Metalúrgica-PUC, M.Sc. D.Sc em Engenharia Metalúrgica e de Materias-PUC-Rio. ADÃO BENVINDO DA LUZ Eng. de Minas-UFPE, M.Sc. e D.Sc. em Eng. Mineral-USP, Pesquisador Titular do CETEM/MCT. Tem atuado ultimamente na área de minerais industriais MCT - Ministério de Ciência etecnologia CETEM - Centro de Tecnologia Mineral

4 Ana Paula Almeida de Oliveira e Adão Benvindo da Luz SÉRIE TECNOLOGIA AMBIENTAL CONSELHO EDITORIAL Editor Ricardo Melamed Subeditor Luís Gonzaga Santos Sobral Conselheiros Externos Antonio Carlos Augusto da Costa (UERJ) Fátima Maria Zanon Zotin (UERJ) Jorge Rubio (UFRGS) José Ribeiro Aires (CEMPES) Luís Enrique Sánches (EPUSP) Virgínia Sampaio Ciminelli (UFMG) A Série Tecnologia Ambiental divulga trabalhos relacionados ao setor minero-metalúrgico, nas áreas de tratamento e recuperação ambiental, que tenham sido desenvolvidas, ao menos em parte no CETEM O conteúdo deste trabalho é de responsabilidade exclusiva do(s) autor(es). Jackson de Figueiredo Neto COORDENAÇÃO EDITORIAL Regina Nassim EDITORAÇÃO ELETRÔNICA Vera Lúcia Ribeiro CAPA Oliveira, Ana Paula de Recursos hídricos e tratamento de águas na mineração/ana Paula de Oliveira, Adão B. da Luz - Rio de Janeiro: CETEM/MCT, p. (Série Tecnologia Ambiental, 24) 1. Minas e Recursos Minerais. 2. Recursos Hídricos. I. Luz, Adão Benvindo da. II. Centro de Tecnologia Mineral. III. Título. IV. Série. ISBN ISSN CDD

5 Sumário Abstract... 1 Resumo Introdução Gerenciamento de Recursos Hídricos Hidrologia e Hidrogeologia Tratamento de Águas de Lavra e do Processamento Mineral Remoção de Contaminantes Adsorção Coagulação, Floculação, Precipitação Extração por Solvente e Precipitação Iônica Biotecnologia Separação Sólido-Líquido Filtração por Membrana Flotação por Ar Dissolvido Considerações Finais Bibliografia... 29

6 Ana Paula Almeida de Oliveira e Adão Benvindo da Luz Resumo A preocupação crescente com o impacto das atividades de mineração sobre o meio ambiente tem acarretado estudos visando tanto a utilização racional dos recursos hídricos, quanto o tratamento das águas descartadas durante o processo de beneficiamento mineral. O presente trabalho apresenta alguns aspectos relacionados à política e ao gerenciamento dos recursos hídricos, abordando também alguns conceitos básicos de hidrogeologia. Processos tradicionais e potenciais para o tratamento das águas oriundas dos processos de lavra e de processamento mineral são discutidos. Palavras-Chave: água, recursos hídricos, tratamento de águas, água na lavra, água no processamento mineral 1

7 Abstract The increasing concern with the impact of mining activities on the environment has caused studies aiming at the rational use of water sources as well as the handling of discharged waters produced during mineral processing. The present work presents some aspects related to the politics and the management of the water resources, also approaching some basic concepts of hydrogeology. Traditional and potential processes for mining wastewater treatment are discussed. Key words: water, water resource, water treatment, water in mining, water in mineral processing 2

8 Ana Paula Almeida de Oliveira e Adão Benvindo da Luz 1. Introdução A Conferência de Águas das Nações Unidas, em 1977, pode ser considerada como o marco inicial das discussões em esfera mundial sobre os problemas relacionados à água potável e condições sanitárias adequadas (NETO & TROPP, 2000). Em janeiro de 1992, na Conferência Internacional de Água e Meio Ambiente, realizada em Dublin, Irlanda, já se alertava sobre a escassez e o mau uso da água como fatores de grande e crescente risco ao desenvolvimento sustentável e à proteção do meio ambiente. Desse debate, resultou um documento, a Declaração de Dublin (MMA, 2000), onde claramente se destaca que os problemas relacionados à gestão de recursos hídricos não são de natureza especulativa e necessitam de uma ação imediata e definitiva em diversos níveis. A orientação para ações locais, nacionais e internacionais podem ser resumidos em quatro princípios básicos: 1. a água doce é um recurso finito e vulnerável, essencial para sustentar a vida, desenvolvmento e o meio ambiente; 2. gerenciamento e desenvolvimento da água deverá ser baseado em uma abordagem participativa, envolvendo usuários, planejadores e legisladores em todos os níveis; 3. as mulheres formam papel principal na provisão, gerenciamento e proteção da água; 4. a água tem valor econômico em todos os usos competitivos e deve ser reconhecida como um bem econômico. O desenvolvimento e o gerenciamento dos recursos hídricos podem proporcionar entre outras vantagens: 1. a redução dos níveis de pobreza e de doenças; 2. auxiliar na proteção contra desastres naturais; 3. incentivar e exigir a reutilização e conservação da água; 4. assegurar a sustentabilidade do crescimento urbano; 5. garantir a produção agrícola e o abastecimento de água rural; 6. proteger os sistemas aquáticos; 7. resolver conflitos de reservas hídricas pertencentes a mais de um país; 8. promover a capacitação de profissionais na área. 3

9 Apesar da preocupação mundial em relação aos recursos hídricos globais ter se iniciado de forma mais incisiva há cerca de 25 anos, somente em 1997 o Brasil estabeleceu políticas mais rigorosas de gestão de recursos hídricos através da promulgação da Lei Federal n o 9.433/97 que previu a instituição do Plano Nacional de Recursos Hídricos, a outorga de Direito de Uso dos Recursos Hídricos e a criação do Sistema Nacional de Informações sobre Recursos Hídricos, entre outras deliberações (MMA, 2000). Em 17 de julho de 2000, foi criada a Agência Nacional de Águas (ANA) cuja atuação obedece aos fundamentos, metas, diretrizes e instrumentos da Política Nacional de Recursos Hídricos e deve ser articulada com órgãos e entidades públicas e privadas integrantes do Sistema Nacional de Gerenciamento de Recursos Hídricos. As atribuições da ANA são autorizar o direito de uso de recursos hídricos, fiscalizar as atividades relacionadas à sua utilização segundo a legislação ambiental vigente, estipular o custo da água para os seus diversos fins, arrecadar, distribuir e aplicar as receitas obtidas pelo uso dos recursos hídricos e estimular a pesquisa e a capacitação de recursos humanos no setor, entre outras (MMA, 2000). Como a água é um recurso estratégico, a propriedade dos recursos hídricos no Brasil é da União e dos Estados. É importante ressaltar que mesmo considerando-se a demora na definição da legislação referente à gestão de recursos hídricos, esta não é tardia e exige ainda alto empenho na sua implantação e seu exercício, o que envolve desde uma estrutura administrativa eficiente até a conscientização e comprometimento da sociedade em geral. Tendo em vista a importância da conservação dos recursos hídricos para a vida do ser humano e seu bem estar, este trabalho tem por finalidade apresentar de forma sucinta questões relacionadas à gestão dos recursos hídricos, conceitos básicos de hidrogeologia e processos tradicionais e promissores para o tratamento de águas, enfocando particularmente o setor da lavra e do processamento mineral. 3 4

10 Ana Paula Almeida de Oliveira e Adão Benvindo da Luz 2. Gerenciamento de Recursos Hídricos O processo de gerenciamento de recursos hídricos envolve componentes multidisciplinares visto que precisa atender a diferentes objetivos, sejam econômicos, ambientais ou sociais. Dentre esses componentes, a engenharia de recursos hídricos busca adequar a disponibilidade e a necessidade de água em termos de espaço, tempo, quantidade e qualidade. Seu trabalho está relacionado aos diversos usos da água, onde pode-se destacar infra-estrutura social, agricultura, florestamento, aquacultura, indústria, mineração, conservação e preservação. Esses usos da água podem ser consuntivos, nãoconsuntivos e locais. O emprego consuntivo da água provoca a sua retirada da fonte natural, diminuindo sua disponibilidade espacial e temporal (ex: agricultura, processamento industrial e uso doméstico). Por sua vez, no uso não-consuntivo, praticamente toda água utilizada retorna à fonte de suprimento, podendo haver modificação na sua disponibilidade e características ao longo do tempo (ex: recreação, piscicultura e mineração). O uso local não provoca modificações relevantes na disponibilidade da água (LANNA, 1995). A grande variedade de usos da água, somada as suas diferentes características (estruturais e intrínsecas) e funções (biológica, natural, técnica e simbólica), torna a cobrança pela utilização do recurso hídrico bastante complexa. Durante muito tempo a água não foi considerada um bem econômico, entretanto a escassez de água de boa qualidade disponível no mundo fez com que esse produto assumisse essa nova condição. Dentro da categoria de bem econômico, a água pode ainda ser classificada como bem privado, quando dois agentes econômicos não podem utilizar simultaneamente esse bem, ou como bem público (puro ou misto), o que não simplifica a determinação do seu valor econômico. Alguns países como a França e a Alemanha já estabeleceram um sistema de cobrança pelo uso do recurso hídrico, no entanto, mesmo nesses casos, ainda procuram-se metodologias mais eficientes que promovam uma maior preservação desse recurso e um custo menor para a sociedade (NETTO, 1995; GIANSANTE, 1995). No Brasil, o debate sobre esse tipo de cobrança é recente e tornou-se mais intensivo a partir da criação da ANA. 5

11 O U.S. Geological Survey (USGS, 2001) disponibilizou dados referentes às fontes de água doce disponíveis nos Estados Unidos, bem como as diversas categorias de uso dessas águas, em A representação esquemática dessas informações encontra-se na Figura 1. Esse diagrama apresenta à esquerda as fontes de água disponíveis (superficiais e subterrâneas) e à direita os diferentes usos dessa água (doméstico, comercial, industrial, mineração, termoelétrico, irrigação e rural). No centro do diagrama, tem-se o abastecimento público que possui características tanto de fonte quanto de uso. Para cada finalidade de consumo de água, foram apresentadas as percentagens correspondentes à fonte de água utilizada e as percentagens relativas ao consumo de água de cada categoria de uso. Esse órgão disponibiliza ainda o consumo de água na mineração, por estado dos Estados Unidos, que é de aproximadamente 1% do total. Informações semelhantes não foram encontradas para o Brasil, apontando a necessidade de serem efetuados esses levantamentos para um melhor gerenciamento dos recursos hídricos. FONTES FONTES/USO USOS Á GUA SUPERFICIAL 0,8% 6,9% 1000,86 3 Mm /dia 77,6% 49,6% Á GUA SUBTERRÂ NEA 289,20 3 Mm /dia 22,4% 33,2% 9,5% 19,7% 5,6% 6,7% 0,7% 67,3% ABASTECIMENTO PÚ BLICO 62,5% 37,5% 152,17 3 Mm /dia 87,9% 11,8% 0,3% DOMÉ STICO/COMERCIAL 4,8% 84,9% 10,3% INDUSTRIAL/MINERAÇÃO 64,7% 105,99 16,9% 3 Mm /dia 18,4% 8,2% TERMOELÉ TRICO 99,5% 498,92 0,1% 3 Mm /dia 0,4% 38,7% IRRIGAÇÃO / RURAL 63,2% 157,47 3 Mm /dia 12,2% 526,93 3 Mm /dia 37,6% 40,9% Figura 1 Representação esquemática das fontes e usos de água doce nos Estados Unidos em 1995 (USGS, 2000) 5 6

12 Ana Paula Almeida de Oliveira e Adão Benvindo da Luz Toda a estrutura legal e econômica que envolve a gestão dos recursos hídricos possui como objetivo a manutenção da qualidade da água. Nesse contexto, ressalta-se a importância das águas subterrâneas devido à sua condição estratégica de reserva hídrica para as futuras gerações. Sabe-se que a poluição de aqüíferos é mais difícil de ocorrer visto que o próprio solo funciona como um meio filtrante natural capaz de reter diversos poluentes. Contudo, uma vez contaminados, torna-se muito complicada a recuperação desses mananciais. Deve-se considerar ainda os elevados custos associados para a obtenção de água a partir desse aqüíferos. Tais preocupações tornam-se ainda mais críticas nas regiões industrializadas (alto potencial de poluição), com grandes concentrações demográficas e, conseqüentemente, alta demanda. As atividades de lavra e processamento mineral podem contribuir para a poluição das águas superficiais e subterrâneas, caso não haja um controle rigoroso das operações envolvidas. Atenção especial deve ser dada aos processos erosivos e de assoreamento que ocorrem nas minas e pedreiras, aos depósitos de material estéril permanente e de minério lixiviado, à área da usina de concentração e aos locais de descarte de água, dentre outros (VIRGILI & VIANNA, 2000; CUSTODIO, 1992). Objetivando uma redução no impacto das atividades de mineração sobre o meio ambiente, uma política de reutilização de água no processo tem sido incentivada, assim como o aumento das restrições ambientais com a finalidade de obtenção de uma água descartada com características idênticas àquela captada (HESPANHOL, 1997). Consequentemente, diversos métodos de tratamento de águas têm sido estudados visando atender às novas exigências ambientais já existentes, bem como se antecipar às restrições futuras. 7

13 3. Hidrologia e Hidrogeologia As fontes de água que atendem as necessidades do ser humano podem ser classificadas em águas superficiais (lagos, rios e represas) e águas subterrâneas (aqüíferos). Ao contrário do que se possa supor inicialmente, cerca de 97% da água doce disponível na Terra encontrase no subsolo (MANOEL FILHO, 1997a). A hidrologia é a ciência que trata da água de forma global, investigando suas propriedades, sua circulação e sua distribuição sobre e sob a superfície, bem como na atmosfera. Por sua vez, a hidrogeologia foi definida inicialmente como o estudo das leis da ocorrência e movimento das águas subterrâneas em diferentes tipos de rochas e formações. Atualmente, a hidrogeologia preocupa-se também com o aproveitamento que o homem pode dar a esses aqüíferos. Tendo em vista a importância dos fundamentos dessas duas ciências para uma melhor compreensão da origem e da natureza dos recursos hídricos, alguns conceitos básicos são apresentados a seguir. A origem da água subterrânea encontra-se no ciclo hidrológico, conforme apresentado na Figura 2. Os fatores que regem esse ciclo são a ação da gravidade, tipo de densidade da cobertura vegetal para o solo e o subsolo e os fatores climáticos para a atmosfera e superfícies líquidas. Os principais processos que ocorrem em um ciclo hidrológico são (MANOEL FILHO, 1997b; CAICEDO, 1995): 1. evaporação moléculas de água da superfície líquida ou da umidade do solo passam do estado líquido para vapor; 2. evapotranspiração perda de água pelas plantas para a atmosfera; 3. infiltração absorção da água precipitada pelo solo; 4. deflúvio fluxo da água da chuva precipitada na superfície daterra, por ação da gravidade nos leitos dos rios. Dentre os sistemas de água subterrânea, os aqüíferos apresentam a maior importância, pois permitem que quantidades significativas de água se movimentem no interior da formação geológica em condições naturais. Os aqüíferos podem ser confinados (ou sob pressão) ou não confinados (livres ou freáticos). O aqüífero confinado está contido entre formações 7 8

14 Ana Paula Almeida de Oliveira e Adão Benvindo da Luz impermeáveis e a pressão da água é superior à pressão atmosférica. A produção de águas desse tipo de aqüífero se dá através de poços onde o nível de água subterrânea fica acima da camada confinante superior. Denomina-se poço surgente (ou jorrante) aquele em que o nível da água subterrânea encontra-se acima da superfície do terreno e de poço artesiano quando esse nível ocorre abaixo da superfície. O aqüífero não confinado é aquele cujo limite superior é a superfície piezométrica (ou freática) e a pressão da água é igual à pressão atmosférica, sendo os poços associados a esse tipo de aqüífero conhecidos como poços freáticos (MANOEL FILHO, 1997b; CAICEDO, 1995). Uma representação esquemática dos aqüíferos confinados e não confinados é apresentada na Figura 3. As principais vantagens da utilização da água subterrânea como fonte de água doce em relação à água superficial são (CUSTODIO, 2000): 1. não há necessidade de construção de locais para armazenamento nem de sistemas de distribuição, tendo em vista sua ocorrência em áreas extensas ao longo das quais pode-se teracesso através de poços; 2. a regularização do fluxo subterrâneo é menos onerosa e há menor influência das variações climáticas; 3. menor dificuldade de contaminação física ou biológica. NUVENS MOVIMENTO DAS MASSAS DE AR Ú MIDO PRECIPITAÇÃO SUBLIMAÇÃO NEVE E GELO Á GUA R SUSPENSA FONTE (NASCENTE) R FLUXO EM MEIO NÃO SATURADO ET E R N ÍVEL DA Á GUA LAGO SUBTERRÂNEA FLUXO DE Á GUA SUBTERRÂ NEA (FLUXO EM M EIO SATURADO) ET TRANSPIRAÇÃO RIO FLUXO DE EFLUENTES DE FOSSAS S ÉPTICAS INTERFACE Á GUA DOCE Á GUA SALGADA R NUVENS PRECIPITAÇÃO EVAPORAÇÃO MAR Á GUA DO MAR Figura 2 Representação esquemática do ciclo hidrológico. E = evaporação; ET = evapotranspiração; I = Infiltração; R= escoamento superficial (deflúvio)(manoel FILHO, 1997b). 9

15 Á REA DE REABASTECIMENTO N ÍVEL D ÁGUA SUPERFÍCIE PIEZOMÉ TRICA POÇO SURGENTE SUPERFÍCIE DO TERRENO POÇO FREÁTICO POÇO ARTESIANO N ÍVEL D Á GUA AQÜÍFERO NÃO CONFINADO ESTRATO CONFINANTE ESTRATO IM PERM EÁVEL AQÜÍFERO CONFINADO Figura 3 Aqüíferos confinados e livres (apud CAICEDO, 1995). Como desvantagens pode-se citar: 1. os custos operacionais são relativamente altos; 2. a remoção de poluentes é mais difícil e em alguns casos impraticável; 3. inexistência de uma estrutura legal e satisfatória para exploração de aqüíferos, o que facilita a sua contaminação. A hidrologia e a hidrogeologia podem fornecer ferramentas valiosas para o diagnóstico do impacto de empreendimentos de mineração nas águas superficiais e subterrâneas. O mapeamento hídrico e geológico da região desde a fase de pré-viabilidade do projeto permite a formação de um banco de dados a partir do qual pode-se ter um maior controle do processo, antecipar problemas ambientais e, conseqüentemente, propor possíveis soluções. 9 10

16 Ana Paula Almeida de Oliveira e Adão Benvindo da Luz 4. Tratamento de Águas de Lavra e do Processamento Mineral As atividades de lavra e processamento mineral envolvem um grande número de etapas às quais estão associadas inúmeras possibilidades de contaminação do meio ambiente. Esses riscos ambientais devem ser avaliados durante o desenvolvimento do fluxograma de operação da usina que deve prever as formas de gerenciamento e tratamento dos efluentes produzidos (MELAMED, 1998). As operações de lavra geralmente envolvem grandes volumes de água, que se torna responsável pelo transporte de contaminantes (ex: óleos, reagentes químicos) gerados nas etapas de perfuração, desmonte e transporte do minério. Em geral, essa água proveniente da lavra é descartada na bacia de rejeitos, sendo que, em alguns casos pode ser utilizada nas operações de processamento mineral. Independente da sua finalidade, essa água deve ser tratada previamente para remoção dos contaminantes. Outra forma de contaminação do meio ambiente, comum em minas de sulfetos, é a drenagem ácida de minas, que ocorre devido à ação do intemperismo e da oxidação pelo ar, pelo sol e bacteriana de sulfetos levando à formação de ácido sulfúrico, que promove ainda a dissolução de metais presentes em depósitos de estéreis e minas subterrâneas e a céu aberto. Em conseqüência desse fenômeno, além do risco de contaminação de fontes de água superficiais e subterrâneas, a recuperação dessas áreas se torna mais cara devido à maior dificuldade de reflorestamento. Esforços na prevenção da drenagem ácida de minas podem incluir ações que envolvam (RITCEY, 1989). 1. restrição ou eliminação de oxigênio, dióxido de carbono, amônia, fósforo e vários nutrientes que promovam o crescimento das bactérias, por meio de revegetação imediata ou impermeabilização química; 2. restrição da ação da água da chuva pelos mesmos métodos adotados anteriormente; 11

17 3. isolamento dos compostos sulfetados; 4. redução do íon férrico responsável pela oxidação dos sulfetos; 5. controle de ph visando a redução da atividade bacteriana; 6. uso de bactericidas. Um dos principais problemas encontrados atualmente pela indústria de mineração é a necessidade cada vez mais elevada de utilização de fontes de águas primárias impuras com altos níveis de salinidade (incluindo sais de cálcio, magnésio e ferro como precipitados em potencial) e altas proporções de água reciclada a partir de bacias de rejeitos, overflows de espessadores e filtragem. Desta forma, a introdução de consideráveis quantidades de espécies dissolvidas, a partir da dissolução de minerais, e a elevação do teor de orgânicos, devido à presença de quantidades residuais de depressores, ativadores, dispersantes, floculantes e coletores, podem afetar significativamente os custos e a eficiência do processo. HANSEN & DAVIES (1994) apresentaram uma revisão de tecnologias potenciais para a remoção de componentes dissolvidos em águas produzidas na exploração do petróleo. Diversos processos passíveis de aplicação no tratamento de águas de lavra e do processamento mineral foram descritos tanto do ponto de vista técnico quanto econômico e logístico. Um resumo dessas tecnologias é apresentado na Tabela 1, onde se faz uma divisão entre processos para remoção de metais pesados e compostos orgânicos/produtos químicos dissolvidos. O tratamento de águas envolve, na realidade, duas etapas: remoção dos contaminantes e separação sólido-água. Neste trabalho, serão abordados os dois aspectos e os diferentes tipos de tratamento serão subdivididos segundo seus princípios básicos

18 Ana Paula Almeida de Oliveira e Adão Benvindo da Luz Tabela 1 Tecnologias empregadas para a remoção de compostos dissolvidos. METAIS PESADOS Extração por Solvente Separação por Espuma Autoclave Adsorção Aeração Leito de Zeólitas Campo Magnético Precipitação Tratamento Biológico Troca Iônica MATERIAL ORGÂNICO E PRODUTOS QUÍMICOS Tratamento Biológico Filtração por Membrana Extração por Solvente Extração por Fluido Supercrítico Oxidação Coagulação ou floculação / clarificação Adsorção em organoargilas Adsorção em zeólitas sintéticas Adsorção em carvão ativado Flotação a gás 4.1 Remoção de Contaminantes Adsorção Diversas técnicas utilizam-se do princípio de adsorção de contaminantes na superfície de diferentes materiais como carvão ativado, resina, vermiculita e zeólita. A adsorção de vários componentes orgânicos e inorgânicos dissolvidos na água em carvão ativado baseia-se na adesão desses compostos na superfície de um grão de carvão poroso (alta superfície específica) ou na sua retenção física dentro desses poros. O material adsorvido pode ser removido sempre que necessário, permitindo a reutilização do carvão regenerado durante alguns ciclos de operação. Há a possibilidade, ainda, de se utilizar um leito móvel de carvão ativado granular, o que possibilita a remoção contínua do carvão granulado saturado e sua regeneração em um sistema de oxidação a gás úmido. Esse sistema converte compostos nitrogenados em amônia, compostos de enxofre em sulfatos e hidrocarbonetos em gás carbônico e água 13

19 (HANSEN & DAVIES, 1994). A remoção de fenóis, aminas, ácidos, álcóois e uma série de outros orgânicos utilizando essa técnica já foi realizada comercialmente (DAVIS e colaboradores, 1976). Um fluxograma esquemático do processo de adsorção em carvão ativado é apresentado na Figura 4. Nos processos envolvendo troca iônica, ocorre uma reação química reversível onde os íons de uma solução são trocados por íons ligados a um leito de resina imobilizado. Quando o leito de resina está saturado com os íons contaminantes adsorvidos, há a remoção desses íons mediante contato do leito com uma solução regeneradora. No tratamento de águas, a remoção de íons de metais pesados pode ser realizada através de uma resina de troca iônica em leito recheado ou coluna. Tendo em vista que o leito da resina é facilmente obstruído por sólidos suspensos, torna-se necessário um pré-tratamento da água através de filtração. Quando a resina apresenta saturação com íons de metais pesados, deve haver a sua regeneração com um ácido forte que troca íons de metais pesados por íons de hidrogênio. A seguir, faz-se uma lavagem com hidróxido de sódio que promove a troca de íons de hidrogênio por íons de sódio. Esse processo possui normalmente um número extra de leitos para que não haja uma redução na capacidade de tratamento da usina, durante o processo de regeneração. A escolha adequada do sistema de troca iônica é fundamental para garantir sua boa eficiência, sendo necessária a realização de ensaios preliminares em laboratório antes da escolha do tipo de resina a ser utilizada na usina industrial. A Figura 5 mostra um esquema simplificado de um processo de troca iônica. ÄGUA DOCE CARVÃO REGENERADO EXAUSTÃO Á GUA REFRIGERAÇÃO CARGA (ÄGUA PRODUZIDA) VVV ADSORVEDOR Á GUA PRODUZIDA CARVÃO TRATADA CONTAMINADO UNIDADE DE OXIDAÇÃO A AR Ú MIDO AR Figura 4 Esquema simplificado do processo de adsorção por carvão ativado (HANSEN & DAVIES, 1994)

20 Ana Paula Almeida de Oliveira e Adão Benvindo da Luz REGENERADO CARGA (Á GUA PRODUZIDA) FILTROS LEITO DE TROCA IÔ NICA Á GUA DE RETROLAVAGEM Á CIDO Á GUA PRODUZIDA TRATADA Figura 5 Esquema simplificado do processo de troca iônica (HANSEN & DAVIES, 1994). MONTEAGUDO & ORTIZ (2000) investigaram um processo de remoção de mercúrio inorgânico das águas de lavra da mina de Almadén y Arrayanes, na Espanha, pelo emprego de troca iônica por resinas. Algumas resinas comerciais foram testadas para uma concentração de mercúrio em água variando de 70 a 90 ppm. Obteve-se uma redução da concentração de mercúrio para 34 ppb, o que significa a sua adequação aos níveis permitidos pela legislação. O trocador iônico Dowex XZS-1, uma resina catiônica fortemente ácida de poliestireno-divinilbenzeno contendo grupos funcionais SO 3 H, apresentou excelente seletividade para o mercúrio para os seus dois estados de oxidação (Hg + e Hg 2+ ). Os resultados indicaram que esta resina pode ser utilizada em uma ampla faixa de ph (1-12) e é insolúvel à maioria dos solventes, apresentando boa resistência física e química, alta capacidade e alta taxa de troca iônica. Ácido clorídrico foi empregado eficientemente como solução regeneradora da resina, pois ocorreu uma alta competição entre os íons de mercúrio e de hidrogênio e houve a formação do complexo iônico HgCl 4 2- que foi rejeitado pela resina catiônica. LEÃO e colaboradores (1996) estudaram a adsorção de reagentes de flotação, notadamente ácido oléico, óleo de arroz e amina, em vermiculita expandida e hidrofobizada com siloxanos. A análise quantitativa do coletor adsorvido pela vermiculita e remanescente em solução foi feita utilizando extração por solvente seguida por espectrofotometria em luz visível na faixa de 423 nm. Os solventes utilizados foram diclorometano para o óleo de arroz e clorofórmio para a amina. Atingiram-se níveis de remoção máximos de 97,8% de ácido oléico em ph=2,0; 60,8% de óleo de arroz em ph=1,0 e 88,4% de amina em ph=10,0 para as condições investigadas. 15

21 As zeólitas hidrofóbicas atuam de maneira semelhante às resinas de troca iônica e são geralmente empregadas para a adsorção de compostos orgânicos dissolvidos nas águas. Como a zeólita é friável, utiliza-se o processo em leito fixo e antes da passagem da água através do leito adsorvedor é necessária a sua filtragem para a remoção dos sólidos em suspensão. A temperatura inicial da água deve ser em torno de 20 o C. A etapa de regeneração do leito envolve primeiro a retirada da umidade por evaporação. Posteriormente, os compostos orgânicos são removidos pela passagem de uma fase gasosa aquecida a temperaturas entre 200 e 300 o C. A fase gasosa é então resfriada a 20 o C e as fases líquidas, orgânica e aquosa, condensadas são separadas (HANSEN & DAVIES, 1994). As zeólitas têm sido estudadas há muitos anos pelo U.S. Bureau of Mines como um método para o tratamento secundário do efluente gerado pela drenagem ácida de minas. Usadas em colunas, como resinas, as zeólitas têm produzido excelentes resultados na remoção de cobre e zinco desses efluentes bem como proporcionam a elevação do ph da água tratada, o que vem estimulando investigações de diferentes zeólitas em vários efluentes provenientes da drenagem ácida (JOHNSON, 1996) Coagulação, Floculação, Precipitação DENTEL (1991) fez uma revisão bastante completa sobre a necessidade de otimização da dosagem de coagulante no tratamento de águas em conseqüência de leis cada vez mais severas relacionadas ao controle da qualidade da água. Contudo, outros objetivos são igualmente importantes no controle da quantidade de coagulante adicionado em processos de purificação de águas, tais como: 1. aumentar a produção de água mantendo sua qualidade; 2. reduzir os custos operacionais (retrolavagem ou manuseio da lama) e de reagentes químicos; 3. melhorar as propriedades da lama formada ou diminuir seu volume para facilitar seu manuseio. As diferenças existentes entre os processos de coagulação e floculação nem sempre são muito claras. Em termos de características do processo, a coagulação pode ser considerada como a etapa inicial de desestabilização da dispersão, sendo o coagulante geralmente adicionado 15 16